Меню

Как называется полупроводниковый выпрямитель тока

Классификация полупроводниковых выпрямителей

15 августа 2012 в 10:00

Классификация полупроводниковых выпрямителей

Устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток называется выпрямителем. Выпрямитель может быть представлен в виде структурной схемы, представленной на рис. 1.

Охарактеризуем основные элементы схемы:

  • силовой трансформатор служит для согласования входного и выходного напряжения выпрямителя и электрического разделения отдельных цепей выпрямителя (т.е. разделяет питающую сеть и сеть нагрузки);
  • блок вентилей обеспечивает одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее;
  • сглаживающий фильтр предназначен для уменьшения пульсации напряжения на нагрузке до требуемого значения;
  • стабилизатор напряжения, служащий для стабилизации среднего значения выпрямленного напряжения при колебаниях напряжения питающей сети или при изменении тока нагрузки.

Рис. 1 – Структурная схема выпрямителя

Соотношения между параметрами в выпрямительном устройстве во многом зависят от схемы выпрямления. Под схемой выпрямления понимают схему соединения обмоток трансформатора и порядок присоединения вентилей ко вторичным обмоткам трансформатора.

Схемы выпрямления (выпрямители) классифицируют по следующим основным признакам:

  1. По числу фаз источника питания переменного напряжения различают выпрямители однофазного тока и выпрямители трехфазного тока.
  2. По способу подключения вентилей ко вторичной обмотке трансформатора – нулевые схемы, с использованием нулевой (средней) точки вторичной обмотки трансформатора и мостовые схемы, в которых нулевая точка изолирована или вторичные обмотки трансформатора соединены в треугольник.


Схема однофазного мостового выпрямителя


Временные диаграммы напряжений и токов мостового выпрямителя

При положительной полярности напряжения на вторичной обмотке трансформатора (полярность указана без скобок) на интервале 0 – υ1 (0 – π), ток проводят диоды Д1 и Д2. Падение напряжения на диодах на интервале проводимости близко к нулю (вентили идеальные), поэтому к нагрузке прикладывается положительная полуволна напряжения вторичной обмотки трансформатора, создавая на ней напряжение ud = u2. На интервале υ1 – υ2 (π — 2π) изменится полярность напряжений u1 и u2 на обратную, что приведет к отпиранию диодов Д3 и Д4. При этом напряжение u2 будет подключено к нагрузке с той же полярностью, что и на предыдущем интервале. Следовательно, выходное напряжение ud при чисто активной нагрузке мостового выпрямителя имеет вид однополярных полу-волн напряжения (ud = u2).

  • По потребляемой нагрузкой мощности выпрямители делятся на маломощные (единицы кВт), средней мощности (десятки кВт) и большой мощности (Рпот > 100 кВт).
  • Независимо от мощности выпрямителя все схемы делятся на однотактные или однополупериодные и двухтактные (двухполупериодные).
    Однотактные – это схемы, у которых ток протекает по вторичным обмоткам трансформатора один раз за период (полупериод или его часть). Все нулевые схемы являются однотактными.


    Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя с выводом нулевой точки трансформатора


    Временные диаграммы однофазного выпрямителя с нулевым выводом при активной нагрузке
    Двухполупериодное выпрямление в схеме достигается выполнением трансформатора с двумя вторичными обмотками. Обмотки соединены последовательно и имеют общую нулевую (среднюю) точку. Свободные концы вторичных обмоток трансформатора присоединены к анодам вентилей Д1 и Д2, а связанные между собой катоды вентилей образуют положительный полюс выпрямителя. Отрицательным полюсом выпрямителя является общая (нулевая) точка соединения вторичных обмоток. Таким образом трансформатор служит в этой схеме как для согласования величины питающего напряжения и напряжения на нагрузке, так и для создания средней (нулевой) точки. Очевидно, что напряжения на выводах вторичных обмотках трансформатора u1 и u2 (или ЭДС е1 и е2) одинаковы по величине и сдвинуты относительно нулевой точки на 180°, т.е. находятся в противофазе.
    В каждый момент времени проводит ток тот диод, потенциал анода которого положителен. Поэтому на интервале 0 – π открыт диод Д1 и к сопротивлению нагрузки Rн (Rd) приложено фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора ud = u2-1. Диод Д2 в интервале 0 – π закрыт, так как к нему приложено отрицательное напряжение. В конце интервала напряжения и токи в схеме равны нулю.
    На следующем интервале работы схемы π — 2π напряжения на первичной и вторичной обмотках изменяют свою полярность на обратную, поэтому диод Д2 будет открыт, а диод Д1 – закрыт. Далее процессы в схеме выпрямления повторяются. Кривая выпрямленного напряжения ud состоит из однополярных полуволн фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора. Форма тока нагрузки при чисто активной нагрузке повторяет форму напряжения. Диоды Д1 и Д2 проводят ток поочередно в течение полупериода.

  • По назначению:
    • маломощные выпрямители, как правило однофазные, используют в системах управления, для питания отдельных узлов электронной аппаратуры, в измерительной технике и др.;
    • выпрямители средней и большой мощности служат источниками питания промышленных установок.
  • Схемы выпрямления делятся на простые и сложные. К простым схемам относятся однофазные и трехфазные, нулевые и мостовые схемы. В сложных (или составных схемах) несколько простых схем соединяются последовательно или параллельно

  • По виду (характеру) нагрузки. Для однофазных схем выпрямления характерны значительные пульсации выпрямленного напряжения. Для уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке используют сглаживающие фильтры, выполняемые на основе реактивных элементов дросселей (L) и конденсаторов (С). Характер входной цепи сглаживающего фильтра совместно с нагрузкой определяют вид нагрузки выпрямителя. Различают работу выпрямителя на активную нагрузку (R – НГ), активно-индуктивную нагрузку (RL – НГ), активную нагрузку и емкостный фильтр (RC – НГ).
    Общим для всех выпрямителей является их применение преимущественно при RL – НГ. Это объясняется тем, что маломощные выпрямители чаще всего работают LC – фильтром, а мощные выпрямители — с L – фильтром.
  • По способу управления различают неуправляемые и управляемые выпрямители.
  • Источник

    Полупроводниковые выпрямители

    Цель работы: Изучить принцип действия и исследовать характеристики полупроводникового выпрямителя.

    Теоретическое введение

    Выпрямитель – устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное назначение выпрямителя заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности приложенного напряжения. Основными параметрами выпрямителя являются:

    ü Среднее значение выходного напряжения , где Т – период следования импульсов; uвых – мгновенное значение выпрямленного напряжения, t – время.

    ü Среднее значение выходного тока , где iвых – мгновенное значение выпрямленного тока.

    ü Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения , где Umi – амплитуда переменной составляющей пульсирующего напряжения (амплитуда основной гармоники), Uном – номинальный уровень напряжения.

    ü Внешняя характеристика выпрямителя (рис. 2.1) – зависимость среднего значения выходного напряжения на нагрузке от среднего значения выходного тока (тока нагрузки).

    Рис. 2.1. Внешняя характеристика выпрямителя.

    Здесь Еср – напряжение при токе нагрузки равном нулю (ЭДС выпрямителя), ∆Uср=Iср(Rи.+R) – падение напряжения от протекания тока нагрузки по активным сопротивлениям источника питания Rи. и выпрямительных диодов в открытом состоянии R.

    К основным величинам, характеризующим эксплуатационные свойства выпрямителей, принято так же относить КПД, коэффициент мощности (отношение активной мощности к полной) и регулировочная характеристика, т.е. зависимость выпрямленного напряжения от угла регулирования, для управляемых выпрямителей (с регулируемым выпрямленным напряжением)

    Классификация выпрямителей может выполняться по различным признакам:

    — по форме выпрямленного напряжения (однополупериодные и двухполупериодные);

    — по числу фаз силовой сети (однофазные, двухфазные, трехфазные и шестифазные);

    — по мощности (маломощные – до 100 Вт, средней мощности – до 5 кВт, мощные – свыше 5 кВт);

    — по напряжению (низкого – до 250 В, среднего – до 1 кВ, высокого – свыше 1 кВ);

    — по частоте выпрямляемого тока (промышленной частоты – 50 Гц, повышенной – от 400 до 1000 Гц, высокой – свыше 1 кГц).

    Рассмотрим работу однофазного однополупериодного выпрямителя (рис. 2.2,а), нагруженного на активное сопротивление Rн. Будем считать, что входное напряжение изменяется по гармоническому закону uвх=Umsinωt. Тогда в интервале времени 0

    Параметры выходного напряжения можно существенно улучшить, если выходной ток будет протекать в оба полупериода действия выходного напряжения. Один из вариантов реализации этой идеи заключается в использовании однофазного двухполупериодного выпрямителя. Рассмотрим его работу на примере мостового выпрямителя (рис. 2.3.).

    Рис. 2.3 Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б).

    Будем считать, что входное напряжение изменяется по гармоническому закону uвх=Umsinωt. Тогда в интервале времени 0

    Рассмотрим, как изменится работа выпрямителя после включения сглаживающего фильтра (рис. 2.4).

    Рис. 2.4 Схема выпрямителя содержащего емкостной фильтр (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б).

    По первому закону Кирхгофа прямой ток через диоды VD2, VD3 равен

    где uc=uн=Umsinωt – напряжение на конденсаторе фильтра емкостью С;
    iс=Сduc/dt=ωСcosωt — ток, текущий через конденсатор.

    Предположим, что i1=0. Тогда

    ωСcosωt+ (Um/Rн)sinωt=

    Т.о. начиная с момента времени t1, напряжение на нагрузке будет изменяться по экспоненциальному закону (рис. 2.4,б штриховая линия):

    В момент времени t2 напряжение на конденсаторе uc и на входе выпрямителя
    u2=-Umsinωt будут равны и откроются диоды VD1, VD4. Далее процесс в цепи будет периодически повторяться, в результате происходит периодическая зарядка конденсатора фильтра током iс от источника энергии и его последующая разрядка в цепь приемника. Т.о. включение сглаживающего фильтра увеличивает постоянную составляющую в кривой выпрямленного напряжения.

    Мощные выпрямители, предназначенные для коммутации токов до 10 6 А мощностью от 10 кВт до 100 кВт, как правило, целесообразно питать от трехфазных цепей переменного тока. Схемы трехфазных выпрямителей, получивших наиболее широкое распространение, приведены на рис. 2.5.

    Рис. 2.5 Схема трехфазного выпрямителя с отводом от нулевой точки (а), мостового трехфазного выпрямителя (в) и диаграммы их работы (б и с соответственно).

    Простейшая трехфазная система выпрямления с нулевым выводом (см. рис. 2.5, а) состоит из трехфазного трансформатора и трех диодов. Первичная обмотка трансформатора может соединяться Y или ∆, а вторичная – только Y, иначе отсутствует необходимый нулевой вывод. Такую схему удобно рассматривать как состоящую из трех однополупериодных выпрямителей, работающих на общую нагрузку. Выпрямители питаются тремя симметричными напряжениями, сдвинутыми по фазе на 120 0 (см. рис. 2.5, б). Как видно из диаграммы работы диоды проводят ток поочередно, каждый в течении 1/3 периода выпрямляемого напряжения. Проводящим, в каждый данный момент, является тот диод, анод которого находится под действием положительного напряжения. В этом случае ток через нагрузку протекает в одном направлении, от конца одной их вторичных обмоток, через диод и нагрузку к общей точке. Трехфазная схема с нулевым выводом по сравнению с рассмотренными однофазными обладает рядом преимуществ: равномерная нагрузка на сеть переменного тока; лучшее использование обмоток трансформатора; уменьшение коэффициента пульсаций (более чем в 2,5 раза по сравнению с двухполупериодными схемами и в 6 раз, по сравнению с однополупериодной), что позволяет использовать емкостные фильтры меньшей емкости. К недостаткам этой схемы следует отнести плохое использование трансформатора и повышенное обратное напряжение на выпрямительных диодах.

    Исключить указанные недостатки позволяет мостовая схема трехфазного выпрямителя (схема Ларионова) (см. рис. 2.5, в). Обмотки трансформатора в этом случае могут соединяться по любой схеме, так как нулевой вывод здесь не нужен. Трехфазную мостовую схему удобно представить как два трехфазных выпрямителя, которые включены последовательно и питаются напряжениями, сдвинутыми по фазе на 180 0 (см. рис. 2.5, с). При этом в любой произвольный момент времени ток проводят два диода, у которых на аноде наибольшее положительное напряжение. К достоинствам схемы Ларионова относятся: отсутствие подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током, вдвое меньшее (по сравнению с предыдущей схемой) обратное напряжение, малый коэффициент пульсаций, равный 5,7%. , что позволяет во многих случаях не использовать выходной фильтр.

    Рабочие схемы, таблицы и порядок выполнения работы

    Упражнение 1. Однофазный однополупериодный выпрямитель.

    1. Собрать стенд, в соответствии со схемой (рис. 2.6.) без сглаживающего фильтра. (В качестве источника питания использовать фазное напряжение UAN источника 3-х фазного напряжения)
    1. Устанавливая сопротивление нагрузки в заданном диапазоне измерить входное напряжение и ток, текущий через нагрузку. Результаты измерений занести в таблицу 2.1
      (Табл. 2.1)
    Rн, кОм 2,2 4,7 10,0 22,0
    U, В
    I, мА
    1. По результатам измерение (табл. 2.1) построить внешнюю характеристику выпрямителя.
    2. Установить сопротивление Rн=10 кОм. Включить осциллограф согласно инструкции по эксплуатации и подключить его к выводам аб. Зарисовать осциллограмму входного напряжения.
    3. Подключить осциллограф к выводам c-d и зарисовать осциллограмму выходного напряжения. По полученной осциллограмме определить амплитуду пульсаций выпрямленного напряжения Um.
    4. Отключить осциллограф, подключить к выводам c-d вольтметр и измерить среднее значение напряжения на нагрузке Uном. Рассчитать коэффициент пульсации выпрямленного напряжения ε.
    5. Параллельно нагрузочному резистору подключить сглаживающий конденсатор. При сборке схемы обратить внимание на полярность электролитического конденсатора. Повторить измерения по пп. 3-5. Результаты измерений занести в таблицу 2.2, а на осциллограмме дорисовать графики выпрямленного напряжения.
    С, мкФ
    Um, В
    Uном, В
    ε
    1. Сделать вывод о том, какое влияние оказывает сглаживающий конденсатор на амплитуду пульсации напряжения. Оценить соответствие теоретических и экспериментальных значений ε.

    Упражнение 2. Мостовой выпрямитель.

    1. Собрать стенд в соответствии со схемой (рис. 2.7.)
    1. Устанавливая сопротивление нагрузки в заданном диапазоне измерить вольтметром V1 входное напряжение и ток, текущий через нагрузку. Результаты измерений занести в таблицу 2.3 (Табл. 2.3)
    Rн, кОм 2,2 4,7 10,0 22,0
    U, В
    I, мА
    1. По результатам измерений (табл. 2.3) построить (на графике, по п.3 упражнения 1) внешнюю характеристику выпрямителя.
    2. Установить сопротивление Rн=10 кОм. Включить осциллограф согласно инструкции по эксплуатации и подключить его к выводам аб. Зарисовать осциллограмму входного напряжения.
    3. Подключить осциллограф к выводам c-d и зарисовать осциллограмму выходного напряжения. По полученной осциллограмме определить амплитуду пульсаций выпрямленного напряжения Um.
    4. Измерить по показаниям вольтметра V среднее значение напряжения на нагрузке Uном. Рассчитать коэффициент пульсации выпрямленного напряжения ε.
    5. Параллельно нагрузочному резистору подключить сглаживающий конденсатор. При сборке схемы обратить внимание на полярность электролитического конденсатора. Повторить измерения по пп. 3-5. Результаты измерений занести в таблицу 2.4, а на осциллограмме дорисовать графики выпрямленного напряжения.
    С, мкФ
    Um, В
    Uном, В
    ε
    1. Сделать вывод о том, какое влияние оказывает сглаживающий конденсатор на амплитуду пульсации напряжения. Оценить соответствие теоретических и экспериментальных значений ε.

    Упражнение 3. Выпрямитель трехфазного тока мостовой.

    1. Собрать стенд в соответствии со схемой (рис. 2.8.)
    1. Устанавливая сопротивление нагрузки в заданном диапазоне измерить вольтметром фазное входное напряжение V1 и ток, текущий через нагрузку. Результаты измерений занести в таблицу 2.5 (Табл. 2.5)
    Rн, кОм 2,2 4,7 10,0 22,0
    U, В
    I, мА
    1. По результатам измерение (табл. 2.5) построить (на графике, по п.3 упражнения 1) внешнюю характеристику выпрямителя.
    2. Установить сопротивление Rн=10 кОм. Включить осциллограф согласно инструкции по эксплуатации и подключить его к выводам аб. Зарисовать осциллограмму входного напряжения.
    3. Подключить осциллограф к выводам c-d и зарисовать осциллограмму выходного напряжения. По полученной осциллограмме определить амплитуду пульсаций выпрямленного напряжения Um.
    4. Измерить по показаниям вольтметра V среднее значение напряжения на нагрузке Uном. Рассчитать коэффициент пульсации выпрямленного напряжения ε.
    5. Параллельно нагрузочному резистору подключить сглаживающий конденсатор. При сборке схемы обратить внимание на полярность электролитического конденсатора. Повторить измерения по пп. 3-5. Результаты измерений занести в таблицу 2.6, а на осциллограмме дорисовать графики выпрямленного напряжения.
    С, мкФ
    Um, В
    Uном, В
    ε
    1. Сделать вывод о том, какое влияние оказывает сглаживающий конденсатор на амплитуду пульсации напряжения. Оценить соответствие теоретических и экспериментальных значений ε.
    1. Почему максимальное значение выпрямленного напряжения не совпадает с амплитудой входного напряжения?
    2. Что произойдет при изменении полярности одного из диодов в цепи одно- двух- полупериодных выпрямителей?
    3. Опишите работу мостового выпрямителя.
    4. Опишите работу трехфазного выпрямителя.
    5. Почему, при использовании трансформаторов, их мощность должна быть больше чем мощность выпрямленного напряжения?
    6. Какие основные параметры и характеристики выпрямителей Вы знаете?

    Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

    Источник

    Полупроводниковые выпрямители

    date image2014-01-31
    views image9887

    facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

    Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное назначение выпрямителей заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности напряжения, приложенного ко входу выпрямителя. Существуют разновидности полупроводниковых выпрямителей, отличающиеся количеством диодов и схемой их включения. Ниже рассмотрены некоторые из этих схем.

    Схема однофазного однополупериодного выпрямителя приведена на рисунке 1.5.

    Рисунок 1.5 — Схема однофазного однополупериодного выпрямителя: Тр — трансформатор; Rн – сопротивление нагрузки; u1, u2 — напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора; uн — напряжение на нагрузке

    Однофазный однополупериодный выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну питающего напряжения (рисунок 1.6). Среднее значение напряжения на выходе такого выпрямителя вычисляется по формуле:

    где Um амплитуда напряжения на вторичной обмотке трансформатора; Т — пе­риод входного напряжения; со — круговая частота сигнала, ω=2π/Т.

    Период сигнала на выходе однополупериодного выпрямителя равен периоду входного сигнала. Максимальное обратное напряжение на диоде равно максимуму входного напряжения:

    Рисунок 1.6 — Форма напряжений на входе (а) и выходе (б) однофазного однополупериодного выпрямителя

    На рисунке 1.7 приведена схема двухфазного двухполупериодного выпрямителя. По сути, она представляет собой два параллельно соединенных однофазных выпрямителя, которые питаются от двух половин вторичной обмотки трансформатора. В результате создаются два противофазных питающих выпрямителя напряжения. Форма напряжения на выходе такого выпрямителя приведена на рисунке 1.8.

    Рисунок 1.7 — Схема двухполупериодного выпрямителя:

    — напряжения на вторичных обмотках ( )

    Рисунок 1.8 — Форма напряжений на входе (а) и выходе (б) двухфазного двухполупериодного выпрямителя

    Двухфазный двухполупериодный выпрямитель характеризуется хорошим использованием трансформатора. Среднее значение напряжения на выходе вы­прямителя вычисляется по формуле:

    Период сигнала на выходе двухполупериодного выпрямителя в два раза меньше, чем у однополупериодного. Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно разности максимального значения напряжения на вторичной обмотке (сумма напряжений на двух полуобмотках и2 = и2‘ + u2«) и прямого падения напряжения на диоде Unp:

    Наиболее широкое практическое распространение получил однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, схема которого приведена на рисунке 1.9.

    Рисунок 1.9 — Схема однофазного мостового выпрямителя

    Форма напряжений на входе и выходе мостового выпрямителя, а также среднее значение выходного напряжения Uвых такие же, как и для двухфазного полупериодного выпрямителя. Максимально обратное напряжение Umaxдля мостового выпрямителя равно напряжению на вторичной обмотке трансформатора.

    Мостовой выпрямитель в отличии от двухфазного двухполупериодного может работать без трансформатора. К недостаткам мостовой схемы относится удвоенное число выпрямительных диодов.

    Источник

    

    Типы выпрямителей переменного тока

    Какие бывают выпрямители?

    Ещё в начале ХХ века имел место очень принципиальный спор между корифеями электротехники. Какой ток выгоднее передавать потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по проводам высоковольтных линий от подстанции к потребителю. Эта система принята во всём мире и успешно эксплуатируется до сих пор.

    Но большинство электронной техники и не только бытовой, но и промышленной питается постоянными напряжениями и это привело к созданию целой отрасли электрики – преобразование (выпрямление) переменного тока. После того как электронная лампа была забыта, главным элементом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.

    Схемотехника выпрямителей весьма обширна, но самым простым является однополупериодный выпрямитель.

    Однополупериодный выпрямитель.

    Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод. Вот схема.

    Типовая схема однополупериодного выпрямителя

    Поэтому выпрямитель и назван однополупериодным. Выпрямляется только один полупериод и на выходе получается импульсное напряжение. Форма его показана на рисунке.

    Однополупериодное выпрямление

    Схема проста и не требует большого количества элементов. Это и сказывается на качестве выпрямленного напряжения. При низких частотах переменного напряжения (например, как в электросети — 50 Гц) выпрямленное напряжение получается сильно пульсирующим. А это очень плохо.

    Для того чтобы снизить величину пульсации выпрямленного напряжения приходится брать величину конденсатора С1 очень большую, порядка 2000 – 5000 микрофарад, что увеличивает размер блока питания, так как электролиты на 2000 — 5000 мкф имеют довольно большие размеры. Поэтому на низких частотах эта схема практически не используется. Зато однополупериодные выпрямители прекрасно зарекомендовали себя в импульсных блоках питания работающих на частотах 10 – 15 кГц (килогерц). На таких частотах величина ёмкости фильтра может быть очень небольшой, а простота схемы уже не столь сильно влияет на качество выпрямленного напряжения.

    Примером использования однополупериодного выпрямителя может служить простой зарядник от сотового телефона. Так как зарядник сам по себе маломощный, то в нём применяется однополупериодная схема, причём как во входном сетевом выпрямителе 220V (50Гц), так и в выходном, где требуется выпрямить переменное напряжение высокой частоты со вторичной обмотки импульсного трансформатора.

    Печатная плата простейшего зарядника сотового телефона

    К несомненным достоинствам такого выпрямителя следует отнести минимум деталей, низкую стоимость и простые схемные решения. В обычных (не импульсных) блоках питания многие десятилетия успешно работают двухполупериодные выпрямители.

    Двухполупериодные выпрямители.

    Они бывают двух схемных решений: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная, как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного в исполнении силового трансформатора, хотя диодов там используется в два раза меньше чем в мостовой схеме. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения, число витков во вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем при использовании мостовой схемы. А это уже не совсем экономично с точки зрения расходования медного провода.

    Далее на рисунке показана типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

    Типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой

    Величина пульсаций выпрямленного напряжения меньше чем у однополупериодного выпрямителя и величину конденсатора фильтра так же можно использовать гораздо меньшую. Наглядно увидеть, как работает двухполупериодная схема можно по рисунку.

    Двуполупериодное выпрямление

    Как видим, на выходе выпрямителя уже в два раза меньше «провалов» напряжения — тех самых пульсаций.

    Активно применяется схема выпрямителя со средней точкой в выходных выпрямителях импульсных блоков питания для ПК. Так как во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора требуется меньшее число витков медного провода, то гораздо эффективнее применять именно эту схему. Диоды же применяются сдвоенные, т.е. такие, у которых общий корпус и три вывода (два диода внутри). Один из выводов — общий (как правило катод). По виду сдвоенный диод очень похож на транзистор.

    Внешний вид сдвоенного диода

    Наибольшую популярность приобрела в бытовой и промышленной аппаратуре мостовая схема. Взгляните.

    Типовая схема мостового выпрямителя (схема Гретца)

    Можно без преувеличения сказать, что это самая распространённая схема. На практике вы с ней ещё не раз встретитесь. Она содержит четыре полупроводниковых диода, а на выходе, как правило, ставится RC-фильтр или только электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения.

    Мостовой выпрямитель с фильтром на плате компьютерного блока питания

    О данной схеме уже рассказывалось на странице про диодный мост. Стоит отметить, что и у мостовой схемы есть недостатки. Как известно, у любого полупроводникового диода есть так называемое прямое падение напряжения (Forward voltage dropVF). Для обычных выпрямительных диодов оно может быть 1 — 1,2 V (зависит от типа диода). Так вот, при использовании мостовой схемы на диодах теряется напряжение, равное 2 x VF, т.е. около 2 вольт. Это происходит потому, что в выпрямлении одной полуволны переменного тока участвуют 2 диода (затем другие 2). Получается, что на диодном мосте теряется часть напряжения, которое мы снимаем со вторичной обмотки трансформатора, а это явные потери. Поэтому в некоторых случаях в составе диодного моста применяются диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения невелико (около 0,5 вольта). Правда, стоит учесть, что диод Шоттки не рассчитан на большое обратное напряжение и очень чувствителен к его превышению.

    Большой интерес вызывает выпрямитель с удвоением напряжения.

    Выпрямитель с удвоением напряжения.

    Принцип удвоителя напряжения Латура-Делона-Гренашера основан на поочерёдном заряде-разряде конденсаторов С1 и С2 разными по полярности полуволнами входного напряжения. В результате между катодом одного диода и анодом второго диода возникает напряжение в два раза превышающее входное. Схема в студию:)

    Типовая схема выпрямителя с удвоением

    Стоит отметить, что данная схема применяется в блоках питания нечасто. Но её можно смело использовать, если необходимо вдвое увеличить напряжение, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора. Это будет более логичным и правильным решением, чем перематывать вторичную обмотку трансформатора с целью увеличить выходное напряжение вторичной обмотки в 2 раза (ведь при этом придётся наматывать вторичную обмотку с вдвое большим числом витков). Так что, если не удалось найти подходящий трансформатор — смело применяем данную схему.

    Развитием схемы стало создание умножителя на полупроводниковых диодах.

    Умножитель напряжения.

    Каждый диод и конденсатор образуют «звено» и эти звенья можно соединять последовательно до получения напряжения в несколько десятков киловольт. Конечно, для этого входное напряжение тоже должно быть достаточно большим.

    Типовая схема умножителя напряжения

    На рисунке изображён четырёхзвенный умножитель и на выходе мы получаем напряжение в четыре раза превышающее входное (U). Эти выпрямители получили большое распространение там, где нужно получить высокое напряжение при достаточно малом токе. Например, по такой схеме были выполнены источники высокого напряжения в старых телевизорах и осциллографах для питания анода электронно-лучевой трубки.

    Сейчас такие источники питания используются в научных лабораториях, в детекторах элементарных частиц, в медицинской аппаратуре (люстра Чижевского) и в оружии самообороны (электрошокер). При повторении подобных конструкций и подборе деталей, следует учитывать рабочее напряжение, как диодов, так и конденсаторов исходя из напряжения, которое вы хотите получить. Весь умножитель, как правило, заливается специальным компаундом или эпоксидной смолой во избежание высоковольтных пробоев между элементами схемы.

    Для нормальной работы некоторых устройств как, например, люстры Чижевского необходимы достаточно высокие напряжения. Как считают специалисты, излучатель отрицательных аэроионов, эффективен только при напряжении не менее 60 киловольт.

    Трёхфазные выпрямители.

    Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного трёхфазного тока, называются трёхфазными выпрямителями. Трёхфазные выпрямители в бытовой технике, конечно, не используются. Единственный прибор, который может использоваться в быту это сварочный аппарат. В качестве трёхфазных выпрямителей используются наработки двух известных электротехников Миткевича и Ларионова. Самая простая схема Миткевича называется «три четверти моста параллельно», что означает три силовых диода включенных параллельно через вторичные обмотки трёхфазного трансформатора. Схема.

    Типовая схема простейшего трёхфазного выпрямителя

    Коэффициент пульсаций на нагрузке очень мал, что позволяет использовать конденсаторы фильтра небольшой ёмкости и малых габаритов.

    Более сложной является схема Ларионова, которая называется «три полумоста параллельно», что это такое хорошо видно из рисунка.

    Схема трёхфазного выпрямителя

    В схеме используется уже шесть диодов и немного другая схема включения. Вообще схем трёхфазных выпрямителей достаточно много и наиболее совершенной, хотя редко употребляемой является схема «шесть мостов параллельно», а это уже 24 диода! Зато эта схема может выдавать высокое напряжение при большой мощности.

    Трёхфазные мощные выпрямители используются в электровозах, городском электротранспорте (трамвай, троллейбус, метро), в промышленных установках для электролиза. Так же промышленные системы очистки газовых смесей, буровое и сварочное оборудование используют трёхфазные выпрямители.

    Теперь вы знаете, какие бывают выпрямители переменного тока и сможете легко обнаружить их на принципиальной схеме или печатной плате любого прибора. А для тех, кто хочет знать больше, рекомендуем ознакомиться с книгой «Полупроводниковые выпрямители».

    Источник

    Читайте также:  Для характеристики сторонних сил внутри источника тока используется понятие